王玉海

（河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第五地質(zhì)勘查院,河南鄭州450001）

1 崩塌變形特征

山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司某礦山辦公樓東180m，因人工開挖邊坡形成兩處土質(zhì)崩塌，編號分別為B1、B2。

B1崩塌：位于某礦山辦公樓東180m，坡腳高程為1007.7～1009m，坡向351°，坡寬50m，坡高37m。崩積物體積約5000m3，規(guī)模等級為小型。潛在崩塌體主要由第四系中、上更新統(tǒng)粉土、粉質(zhì)粘土組成，坡腳處堆積有第四系全新統(tǒng)崩坡積粉土。變形跡象為斜坡上部粉土沿粉土、粉質(zhì)粘土結(jié)合面滑移、墜落變形，目前處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定性狀態(tài)。

B2崩塌：位于屯蘭河右岸B1崩塌東側(cè)，坡頂高程1042m，坡腳高程為1007.8m，坡向289°，坡寬40m，坡高35m。崩積物體積約3500m3，規(guī)模等級為小型。潛在崩塌體主要由第四系中、上更新統(tǒng)粉土、粉質(zhì)粘土組成，第四系全新統(tǒng)崩坡積粉土堆積于坡腳處。變形跡象為斜坡上部粉土沿粉土、粉質(zhì)粘土結(jié)合面滑移、墜落變形，受降雨及自重影響下，現(xiàn)場可見懸空的通信線桿，目前處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定性狀態(tài)。

2 崩塌類型及發(fā)育特征

2.1 崩塌類型

B1、B2兩處崩塌按照所涉及的巖性屬土質(zhì)崩塌；崩塌體運(yùn)動模式是沿粉土與粉質(zhì)粘土結(jié)合面剪出破壞，結(jié)合面產(chǎn)狀290°～350°∠25°，按破壞模式屬滑移式崩塌；按照體積劃分，均小于1.0×104m3，屬小型。

2.2 發(fā)育特征

2.2.1 B1崩塌

20世紀(jì)80～90年代村民在東蘭河右岸斜坡坡腳取土，形成長約180m，高37～40m陡直邊坡，邊坡前緣臨空，坡度60°～75°，坡腳受降雨及河水浸泡，造成土體結(jié)構(gòu)破壞進(jìn)而導(dǎo)致坡體發(fā)生崩塌。

坡腳建有某礦山主井延擴(kuò)建工人宿舍，在強(qiáng)降水條件激發(fā)下，2013年8月、2014年7月、2015年5月多次發(fā)生失穩(wěn)變形，崩塌方量100～1500m3不等。2016年8月坡體再次崩塌后，土體從宿舍后墻涌入，造成6間彩鋼房廢棄，直接經(jīng)濟(jì)損失3.5萬元，未造成人員傷亡。據(jù)村民描述，在某礦山實(shí)施巷道建設(shè)以來，坡體受震動影響，崩塌頻率增高。在村民多次要求下某礦山選煤廠于2017年4月在坡腳處修筑1.5m高漿砌石擋土墻。近期較大一次坡面溜滑發(fā)生于2017年10月，土體從坡面滑下，越過擋土墻，堆積于擋土墻外側(cè)。

崩塌所處斜坡坡向351°，坡度65°～70°，崩塌變形層面主要為粉土、粉質(zhì)粘土結(jié)合面，產(chǎn)狀351°∠25°～30°。崩塌體主要由第四系上更新統(tǒng)粉土構(gòu)成，因粉土土質(zhì)疏松，大孔隙發(fā)育，具濕陷性，在地表匯水侵蝕下易崩解變形。崩塌堆積體平面面積約800m2，厚度約4～8m，體積約5000m3，規(guī)模等級為小型。

現(xiàn)斜坡坡面上部8～10m陡直，坡面存在拉張裂縫及垂直節(jié)理，局部張開2～4cm，延伸長度8～12m，危巖體局部呈傘檐狀，下部臨空，穩(wěn)定性差。下部20～29m坡面堆積崩塌物，坡度55°～60°，坡體剖面呈凸形。近期坡面堆積體仍在發(fā)生溜滑，在降雨、采煤放炮震動等外因條件影響下可能繼續(xù)發(fā)生變形。

2.2.2 B2崩塌

B2崩塌位于B1崩塌東側(cè)，中間山體存在切蝕溝、負(fù)地形。切蝕溝走向近南北向，剖面形態(tài)呈階形、凸形，縱坡降上部12‰，下部達(dá)42‰。

該邊坡主要形成于20世紀(jì)80～90年代村民坡腳取土，造成前緣臨空。據(jù)村民描述，2017年以前某礦山瓦斯發(fā)電廠排污口位于坡腳溝谷上游溝頭處，排污口至溝口沒有修建排水溝，污水順溝流出。后經(jīng)村民要求，排污口改至B2崩塌山體東側(cè)溝谷，并埋設(shè)了橡膠排水管道，未做硬化處理。該邊坡坡腳受污水及雨水沖刷，土體結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致上部坡體失穩(wěn)發(fā)生崩塌。據(jù)村民描述，該崩塌主要發(fā)育于2016年9月，2017年雨季經(jīng)常發(fā)生局部崩塌，較大一次規(guī)模發(fā)生在2017年8月。

3 主要影響因素

3.1 地形地貌

崩塌位于屯蘭河右岸，地貌類型屬黃土中山區(qū)，微地貌形態(tài)為黃土梁峁。受水流侵蝕，梁峁交錯(cuò)，溝壑縱橫，切割較嚴(yán)重。臨河谷地帶，因取土開挖形成高37～40m，坡度65°～80°，坡向290°～350°邊坡，邊坡結(jié)構(gòu)為土質(zhì)，剖面形態(tài)呈折線形。邊坡具陡直特征，臨空條件好；加之坡體上部粉土具濕陷性，受水流侵蝕，邊坡穩(wěn)定性差，發(fā)生多次小規(guī)模崩塌災(zāi)害。

3.2 地層巖性

斜坡巖性由第四系中、上更新統(tǒng)（Qp2、Qp3）黃土組成，具有大孔隙、垂直節(jié)理發(fā)育。加之人類工程活動開挖邊坡，形成卸荷裂隙；坡面土體在干燥的過程中土體收縮易產(chǎn)生垂直節(jié)理，另外植物根劈作用產(chǎn)生垂向節(jié)理，將土體切割成厚板狀、柱狀與母體分離，在降水及自重力作用下厚板狀、柱狀土體發(fā)生塌落。黃土中垂直節(jié)理、原生古土壤層面及水平層理面、節(jié)理面及開挖坡面將土體切割成為不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體，坡面開挖后緣卸荷裂隙發(fā)育，裂隙張開利于地表水下滲，在降水、管道泄漏尾水及重力作用下發(fā)生土質(zhì)崩塌。

3.3 人類工程活動

切坡、建房等人類工程活動加劇了崩塌災(zāi)害的危害程度。一方面，開挖高陡邊坡破壞了坡體原有應(yīng)力平衡，使坡體外緣部分向斜坡坡腳的剪切應(yīng)力和拉張應(yīng)力增大，產(chǎn)生平行坡面的卸荷垂直裂隙，與原有的垂直節(jié)理重合，使其進(jìn)一步張開、加深、擴(kuò)大，產(chǎn)生新的裂隙，導(dǎo)致黃土邊坡失穩(wěn)變形加劇。另一方面坡頂建設(shè)瓦斯發(fā)電廠，在斜坡頂部加載以及道路上車輛動荷載加載，使斜坡土體承載的壓力增大，改變了原始斜坡應(yīng)力平衡狀態(tài)，增加了斜坡發(fā)生崩塌的可能性。

3.4 大氣降水

邊坡坡體位于地下水水位之上，天然條件下淺層粉土處于干燥狀態(tài)，深部粉土稍濕。在雨季，大氣降水一部分滲入地下，形成地下水；一部分通過地表徑流的方式對坡面進(jìn)行沖刷。由于黃土的垂直節(jié)理發(fā)育，具有大孔隙結(jié)構(gòu)，透水性好，有利于大氣降水入滲，降水通過裂隙由地表垂直入滲到地下，入滲系數(shù)可達(dá)5%～10%，在雨季降水時(shí)間較長，降水強(qiáng)度較大時(shí)，地表水從淺部滲入深部，可數(shù)米至數(shù)十米。由于隨著深度增加，土體顆粒變得密實(shí)，土的孔隙率變小，水的滲透系數(shù)變小，滲流速率變慢，下部粉質(zhì)粘土夾層透水性差，成為相對隔水層。地下水聚集，滯留于粉質(zhì)粘土上部，往往形成由坡內(nèi)向坡外的浸潤面，土體處于飽和狀態(tài)，此時(shí)，地下水流向由垂向逐漸變?yōu)橛善聝?nèi)向坡外傾斜。土體接受大氣降水后，工程地質(zhì)性質(zhì)發(fā)生較大的變化，土體重度增大，其粘聚力（C）及內(nèi)摩擦角（φ）降低，即土體抗剪強(qiáng)度下降。尤其是淺部具大孔隙結(jié)構(gòu)的粉土，由于其孔隙率較大，降水入滲后其重度明顯增加，在重力作用下，斜坡土體沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生剪切破壞，從而發(fā)生崩塌災(zāi)害。

3.5 廢水排放

廢水排放，侵蝕土體，也是崩塌形成的重要因素。區(qū)內(nèi)6處落水洞主要沿廢水排放通道分布，上游侵蝕嚴(yán)重，下游稍輕。2017年以前礦山瓦斯發(fā)電廠排污口位于B1崩塌東側(cè)溝谷上游溝頭處，排污口至溝口沒有修建排水溝，污水順溝流出。后經(jīng)村民要求，排污口改至B2崩塌東側(cè)溝谷，并埋設(shè)了橡膠排水管道，未做硬化處理。該邊坡坡腳受污水及雨水沖刷，上部濕陷性黃土遇水崩解，土體結(jié)構(gòu)破壞，土體抗剪強(qiáng)度顯著降低，導(dǎo)致上部坡體失穩(wěn)發(fā)生崩塌災(zāi)害。

4 破壞方式與形成機(jī)制分析

因崩塌后緣存在與邊坡坡向一致的陡傾貫通或斷續(xù)貫通的破壞面，危巖外緣臨空，潛在崩塌體沿破壞面滑移或沿軟弱土體不利方向剪出塌落造成破壞，故判斷崩塌破壞方式為滑移式。黃土崩塌形成機(jī)制主要包括以下幾個(gè)階段。

4.1 累進(jìn)破壞階段

在降水、震動條件下，土體內(nèi)部沿節(jié)理、裂隙結(jié)構(gòu)面發(fā)生變形。隨著拉裂變形的持續(xù)發(fā)展，裂面可擴(kuò)展至地面，斜坡上的土體隨著應(yīng)力釋放，發(fā)展到土體松動，并伴有輕微的移動、錯(cuò)位，但仍處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 滑移面貫通階段

隨著風(fēng)化、震動、降雨等作用，變形進(jìn)入滑移面貫通階段，坡內(nèi)含有較弱結(jié)構(gòu)面，可使土體中拉應(yīng)力區(qū)和可能的破壞明顯增加。臨空條件好的一側(cè)的土體與母巖逐漸被拉開，與滑移相伴的壓力致拉裂面與地面貫通。

4.3 滑移—拉裂階段

隨著變形的繼續(xù)擴(kuò)展，變形的土體開始明顯轉(zhuǎn)動和位移，陡傾的裂面成為剪切應(yīng)力集中帶，陡緩轉(zhuǎn)角處的嵌合體被剪斷。當(dāng)滑移面向臨空方向傾角，足以使上部土體的下滑力超過該面的實(shí)際抗剪阻力時(shí)，斜坡土體沿下浮軟弱結(jié)構(gòu)面向坡前臨空方向滑移，并使滑移體拉裂解體，土體導(dǎo)致破壞形成崩塌。

5 參數(shù)選取與穩(wěn)定性分析

5.1 定性分析

該段斜坡穩(wěn)定性差，發(fā)育兩處土質(zhì)崩塌。邊坡具二元結(jié)構(gòu)，上部粉土具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，具濕陷性，工程力學(xué)性質(zhì)較差，在降水、震動條件激發(fā)下，易發(fā)生失穩(wěn)變形。邊坡坡形因發(fā)生崩塌坡體上陡下緩，上部8～12m陡直，垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，因卸荷拉張裂隙局部張開3～15cm。節(jié)理裂隙降低了土體強(qiáng)度，破壞了土顆粒之間聯(lián)系力，坡體臨空面抗滑、抗傾覆力降低。崩塌體堆積斜坡坡面中下部及坡腳，坡面土體松散、破碎，仍存在進(jìn)一步位移變形可能。綜上，斜坡后緣臨空部分處于不穩(wěn)定狀態(tài)，仍存在進(jìn)一步崩塌變形破壞可能。

5.2 定量分析

按照崩塌失穩(wěn)變形運(yùn)動方式，選用滑移式危巖體的模式進(jìn)行計(jì)算評價(jià)。

5.2.1 計(jì)算示意圖

計(jì)算原理見圖1。

圖1 滑移式崩塌穩(wěn)定性計(jì)算示意圖

5.2.2 計(jì)算參數(shù)選取

根據(jù)原狀土樣試驗(yàn)資料，粉土天然重度取13.2～14.9kN/m3，飽和重度取17.4～18kN/m3；粉質(zhì)粘土天然重度取17.5～20.4kN/m3，飽和重度取19.5～20.9kN/m3?？辜魪?qiáng)度為：粉土粘聚力17.4～18kPa，內(nèi)摩擦角取18°～20°；粉質(zhì)粘土粘聚力29～31kPa，內(nèi)摩擦角取25°～30°。對于降雨影響采用降雨工況的下的C、φ值和重度確定，見表1。幾何形狀參數(shù)主要包括土體重心、面積及與基座接觸面傾角等，從計(jì)算剖面中量取。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算土體參數(shù)取值表

5.2.3 計(jì)算工況

取三種工況進(jìn)行計(jì)算分析：

（1）天然狀態(tài)（自重）；

（2）暴雨?duì)顟B(tài)(飽和自重+裂隙水壓力)；

（3）地震狀態(tài)（自重+裂隙水壓力+地震力）。

5.2.4 計(jì)算結(jié)果

采用理正巖土軟件6.0中的邊坡穩(wěn)定性分析模塊，直線滑動法計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性，計(jì)算參數(shù)取值見表1，選取B1、B2崩塌縱斷面，對潛在崩塌體在工況一（自重）、工況二（自重+暴雨）、工況三（自重+暴雨+地震）三種工況下分別進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果見表2。依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)中危巖體穩(wěn)定程度等級劃分見表3，由計(jì)算結(jié)果可知目前該段斜坡工況一處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，工況二、工況三處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

表3 危巖穩(wěn)定性程度劃分表

6 結(jié)論

B1、B2兩處崩塌均屬黃土、滑移式崩塌，規(guī)模等級屬小型，崩塌體主要由第四系中、上更新統(tǒng)粉土、粉質(zhì)粘土組成，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。主要對上部電力、通訊設(shè)施；下部臨時(shí)建筑、機(jī)械設(shè)備構(gòu)成威脅，威脅總資產(chǎn)達(dá)1400萬元。危害程度中等，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育程度強(qiáng)，危險(xiǎn)性大。

以天然工況和暴雨工況為設(shè)計(jì)工況，地震工況為校核工況。經(jīng)過穩(wěn)定性驗(yàn)算，推薦防治工程穩(wěn)定性驗(yàn)算土體參數(shù)選取值。粉土：天然狀態(tài)C=17.57kPa，φ=21.10°；飽和狀態(tài)C=10.13kPa，φ=9.25°；天然密度取其平均值ρ0=1.56g/cm3，濕陷性中等（濕陷系數(shù)δs=0.042）。粉質(zhì)粘土：天然狀態(tài)C=28.24kPa，φ=17.97°；飽和狀態(tài)C=27.57kPa，φ=10.10°；天然密度取其平均值ρ0=1.94g/cm3；地震水平系數(shù)取0.12。